Modelado dinámico de una pierna para su integración en el sistema de control de un robot paralelo

Abstract

En el presente Trabajo de Final de Grado (TFG) se modelizó una pierna humana como un sistema robótico tridimensional de 7 grados de libertad y se estudió tanto cinemática como dinámicamente el comportamiento de dicho sistema obteniendo las ecuaciones y esquemas pertinentes. Se estudiaron las articulaciones de cadera, rodilla y tobillo y se definieron los grados de libertad que poseen cada una. A cada grado de libertad se le asignó un par de rotación con la correspondiente dirección de giro. A nivel cinemático se recurrió a la bibliografía para situar los sistemas de referencia correspondientes a cada articulación del miembro inferior para, posteriormente, aplicar el método de Denavit-Hartenberg y así obtener las matrices de transformación homogéneas que describen el movimiento del mecanismo creado. En cuanto a la dinámica, se adquirieron los puntos de origen e inserción de cada músculo y se obtuvo, a través de la matriz Jacobiana y la ecuación de la velocidad lineal relativa, la velocidad de cada uno de ellos. A partir de esta serie de datos se pudieron plantear las ecuaciones de la fuerza generalizada para cada coordenada generalizada de nuestro mecanismo. Mediante el método de optimización de las fuerzas musculares (que solo se planteará en el presente TFG) se podrían obtener las fuerzas de acción de cada músculo. Este trabajo se enmarca en un proyecto de investigación, uno de cuyos objetivos es obtener un modelo dinámico híbrido del conjunto robot paralelo-pierna humana para su integración en el sistema de control de un dispositivo orientado a la rehabilitación de lesiones de rodilla.